Kohesio eta atxikimendu indarra
Kohesio-indarra substantzia antzeko bateko molekulen arteko erakarpen-indarra da, eta substantzia desberdin bateko molekulen arteko erakarpen-indarrari, berriz, itsaspen-indarra deritzo. Adibidez, ura edalontzi batera botatzen dugu. Kohesioa gertatzen da ur molekulek elkar erakartzen dutenean, eta atxikimendua, berriz, ur molekulek eta beira molekulek elkar erakartzen dutenean.
Kontaktu-angelua
Kapilaritatearen kontzeptua ikasi aurretik, lehenik eta behin, atxikimendu-indarrak eta kohesio-indarrak kapilaritatean duten eragina ulertuko dugu. Adibidez, beirazko likidoa berrikusiko dugu. Likido molekularen kohesio-indarra atxikimendu-indarra (likido molekularen eta beirazko molekularen arteko tira-indarra) baino indartsuagoa denean, likidoaren gainazalak goranzko kurbadura bat osatuko du. Kasu honen adibide bat ura beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko beirazko gainazala beherantz kurbatuko da. Adibidez, merkurioa ... gainazala beherantz kurbatuko da.
Kurbak eratzen duen angeluari kontaktu-angelu deritzo. Fluidoaren kohesio-indarra atxikimendu-indarra baino handiagoa denean, sortutako kontaktu-angelua, oro har, 90° baino txikiagoa da.o (a irudia). Alderantziz, atxikimendu-indarra fluidoaren kohesio-indarra baino handiagoa bada, sortutako kontaktu-angelua 90° baino handiagoa da.o (b irudia). Itsaspen-indarrak eta kohesio-indarrak teorian zailak dira kalkulatzen, baina kontaktu-angeluak neur daitezke. Zer zerikusi du kapilaritatearekin?
Kapilaritatearen kontzeptua
Fluidoaren kohesio-indarra atxikimendu-indarra baino handiagoa bada, likidoaren gainazala gorantz kizkurtuko da. Hodi edo hodi mehe bat sartzen dugunean (ontziaren diametroa baino txikiagoa duen hodi bat), ontziko likidoa hodi-zutabean zehar igotzen da. Hau gertatzen da hodiaren hormaren gaineko gainazal-tentsio osoaren indarra gorantz lan egiten duelako. Likido batek lor dezakeen altuera maximoa gainazal-tentsioaren indarra hodian dagoen likidoaren pisuaren berdina denean da. Beraz, likidoa gainazal-tentsioaren indarra hodian dagoen likidoaren pisuarekin orekatzen den altuerara igo daiteke soilik.
Alderantziz, atxikimendu-indarra fluidoaren kohesio-indarra baino handiagoa bada, likidoaren gainazala beherantz kurbatuko da. Hodi edo hodi mehe bat (ontzia baino diametro txikiagoa duen hodi bat) sartzen dugunean, likidoaren zati baxuago bat osatuko du (ikus beheko irudia).
Efektu horri kapilaritatea deitzen zaio, eta hodi meheari kapilar hodia. Gogoan izan gure odol-hodi txikienei kapilar hodiak ere dei dakizkiekeela, odol-hodi txikietan odol-zirkulazioa ere kapilaritatearen efektuengatik gertatzen baita. Era berean, argizaria edo kerosenoa ardatzean zehar urtzen den fenomenoa. Gainera, uste da kapilaritateak funtsezko zeregina duela ura eta substantzia nutritiboak sustraietatik hostoetara xilemaren hodien bidez igarotzean. Kapilaritaterik ez badago, lurzoruaren gainazala lehortuko da berehala euriaren ondoren. Kapilaritatearen beste efektu esanguratsu bat lurzoruko partikulen arteko hutsuneetan ura atxikitzea da.
Kapilaritate ekuazioa
Nola zehaztu dezakegu kapilar hodiaren zutabetik igotzen den uraren altuera? Likidoa kapilar hodiaren zutabean igotzen da, eta honek r erradioa du h altueraraino. Likidoa h altueran eusteko jarduten duen indarra gainazaleko tentsio indarraren osagaia da norabide bertikalean: F cos θ.
Kapilar hodiaren goialdea irekita dago, likidoaren gainazalean presio atmosferikoa egon dadin. Likidoaren eta hodiaren arteko ukipen gainazalaren luzera 2πr da (zirkunferentzia). Beraz, kontaktu gainazalean zehar lan egiten duten osagai bertikalen gainazaleko tentsio indarraren magnitudea hau da:
F = Gainazaleko tentsio-indarra, γ = Gainazaleko tentsioa, r = Kapilar-hodiaren erradioa, θ = Kontaktu-angelua
Goranzko gainazal kurbatua alde batera uzten bada, hodiaren barruko likidoaren bolumena hau da:
Fluidoaren bolumena = hodiaren azalera x likidoaren altuera
V = A h
V = (π r² ) h
Gainazaleko Tentsio Indarraren osagai bertikala kapilarreko hodian dagoen likido-zutabearen pisuarekin orekatzen bada, orduan likidoak ezin du berriro igo. Beste era batera esanda, likidoak bere altuera maximoa lortuko du gainazaleko tentsio indarraren osagai bertikala likidoaren pisuarekin orekatzen bada, h-raino. Gainazaleko tentsio indarraren osagai bertikala hau da:
F = γ 2 π r cos θ
Kapilar hodian dagoen likidoaren pisua honako hau da:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ (π r 2 h) g
Likidoak bere altuera maximora (h) iristen denean, gainazaleko tentsio-indarraren osagai bertikalak kapilarreko hodian dagoen likidoaren pisuaren berdina izan behar du. Matematikoki, honela idatzita:
Hau da bilatzen ari garen ekuazioa. Likido-zutabearen altuera zehaztu nahi baduzu, kontuan hartu ekuazio hau erabiltzea.
